海洋管线模型实验若干问题研究.pdf

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1、第35卷第11期2013年11月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．35，No．11Nov．，2013海洋管线模型实验若干问题研究徐为兵，朱克强，张天宇，王自发，张洋，章浩燕(宁波大学海运学院，浙江宁波315211)摘要：目前，我国国内对管线模型实验的理论指导和操作规定还不够详细，本文从相似理论出发，给出立管模型和缆索模型这2个典型案例，同时讨论水下拖曳线列阵的回转操纵实验，希望能对水中管线实验起到一定的指导作用。关键词：相似；建模；模型实验中图分类号：U661．73文献标识码：A文章编号：1

2、672—7649(2013)11—0123—05doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2013。11．027ResearchonmarinepipelinemodeltestresearchXUWei-bing，ZHUKe-qiang，ZHANGTian—yu，WANGZi—fa，ZHANGYang，ZHNAGHao-yan(TheMaritimeFaculty，NingboUniversity，Ningbo315211，China)Abstract：Theoreticalguidanceandopera

3、tionalprovisionsofdomesticpipelinemodelexperimentsarenotdetailedenough．Thispapergivestwotypicalcases，therisermodelandthecablemodelwhilediscussesunderwatertowedarrayloopmanoeuvreexperiments．Itcanplayaguidingroleonpipelinestestinwater．Keywords：similarity；pipeline；mod

4、eltest0引言1实验简介物理模型是用一个较小尺寸的模型来尽可能精确地模拟原型的一种模型。物理模型的目的在于通过特定的建模法来模拟或者预测原型的行为状态。在自然科学系统的研究中有很多的建模方法，其中最重要的是物理模型和数学模型。物理模型可能是硬件模型或计算机模拟模型。数百年来，在原型结构设计、修改和建造过程中，建模也被列入工作计划内。船舶模型的作用多种多样，如确定货舱和压载舱的位置等。力学模型是工业革命期间开始使用的，水力模型实验可追溯到19世纪。沿海工程模型对许多港口、防波堤、系泊码头的发展非常有用。1．1模型实验模型实

5、验的主要益处之一是可获得极有价值的信息，这种信息可以以较小的代价来预测原型成功的概率。物理模型可以对不能完全理解的物理现象进行定性观察。当原型分析相当复杂的时候，引入物理模型就显得相当有必要。在其他情况下，模型通常被用来验证在很多解析解中相关的(或固有的)简化假设，包括高阶效应。例如，在二阶振动漂移力及其相关运动被证明之前，就通过模型实验发现了系泊油轮缓慢漂移振荡理论。模型实验的结果也经常作为经验系数用于原型设计。收稿日期：2013—03—18；修回日期：2013一04—22基金项目：国家自然科学基金资助项目(1127216

6、0)；宁波市学科项目(szxll066)作者简介：徐为兵(1989一)，男，硕士研究生，主要从事船舶与海洋工程结构动态响应研究。·124·舰船科学技术第35卷1．2比尺选择管线模型实验中比例选择会受到实验设备的约束。在这种局限下，需要通过比较模型在该实验中的经济性来选择合适的模型。需要注意的是，太小的模型会引起尺度效应或者错误，太大的模型往往比较贵而且模型搬运也比较麻烦。使用造波水池进行研究的主要目的是通过减少尺度效应和测量误差来获取比较可靠的数据。通常研究用的比例(例如防波堤稳定性研究)范围在二维实验池的尺寸比为1：50到

7、1：20，在三维实验池中的比例为1：150到1：80。近海结构物模型在二维造波池的理想比例为1：100到1：10。当雷诺数影响(例如存在阻力)比较大时，比例需要取大一些从而降低尺度效应。然而，也需要考虑惯性力边界效应并尽可能避免。对于一个圆柱体，直径不应超过池子宽度的1／5。当一个三维结构物需要在造波水池中进行实验时，可能会存在来自壁面的横向震荡波，需要用吸波器进行吸收。1．3对水下拖线阵实验的研究一些对水下拖曳线列阵系统的实验研究已有报道。Kennedey和Galleta曾做过船舶拖曳线列阵系统的实尺海洋实验。他们设计了几

8、种类型的拖曳方案来激发振荡响应，以便对拖曳系统进行线性系统分析。本船试图以纯振荡方式运动，运动大致成一直线，以类似方波的形式操纵。运用数字信号处理技术提取高频成分。除非方波操纵不符合分析情况，否则其他2个实验应产生一致的结果⋯。Bettles和Chapman在实验室水池中对拖体运动进行测量